高速钢锻造常见的缺陷是裂纹,现就种种裂纹现象作解析。
1、“十字”开裂(对角线裂纹)
裂纹常规出现在矩形截面上,裂纹沿两条对角线呈十字形分布(有时也仅在一条对角线上出现)。这种裂纹是在拔长过程中最典型的缺陷。产生的原因主要有5点。
1)由原材料的裂纹、中心疏松、碳化物剥落等缺陷的聚集扩展而发展而产生,这种裂纹的裂口比较粗糙。
2)碎裂 加热温度过高或在高温下停留时间过长,致使强度下降。此原因造成锻裂工件的裂口比较粗糙。
3)锻件温度低或加热时间不足,使材料的塑性降低,这种原因产生的裂纹的裂口比较光洁。
4)拔长操作送量过大引起锻件横向展宽变形过度。
5)拔长操作失误,出现“大角”,此裂纹多沿长对角产生。
2、碎裂
裂纹宽、深,位于坯料的端面,裂纹粗糙,周边有小裂纹或孔坑,甚至有熔化现象,一般在锻造刚开始即现。产生的主要原因有3点。
1)原材料有内部裂纹、缩孔残余,碳化物颗粒粗大或严重堆积等缺陷。
2)加热温度过高或在高温阶段停留时间过长,产生严重过热甚至过烧。
3)锤击不当。
3、纵向表面裂纹
键槽拉刀等矩形工件拔长时,在宽度侧面表面上常现纵向裂纹,这种裂纹细、浅、长度不一。产生的原因主要有4点。
1)原材料表面裂纹的拉长或扩展。
2)矩形截面的长、宽比过大或拔长时产生横向弯曲。
3)终锻温度过低,锤击力过大。
4)锻后未有缓冷或锻后至退火之间放置时间过长。
4、横向表面裂纹
矩形锻件拔长常见侧面有微裂,方向与轴呈垂直分布,多起源于锻件降温最快的区域(棱角),产生的原因主要有3点。
1)原材料表面缺陷(折叠、凹坑、结疤、气孔等)引起。
2)锤砧边缘圆角半径过小,拔长时在侧表面形成清角锤痕,当两侧面的锤印在棱角处相重合时,很容易在该处产生横向裂纹。
3)拔长送进量过小且压下量过大,锻件表面形成折叠。
5、矩形截面锻件内部横向裂纹
这种裂纹产生的主要原因是拔长操作时拉送量过小(送进长度与锻件厚度之比小于0.5),使变形区内产生与细长杆件镦粗时相似的中间锻不透现象。
6、端面微小裂纹
此种裂纹位于锻件端面,裂纹短、细,一般出现于镦粗过程中的铆锻(倒角镦粗)或拔长工序。产生的主要原因有3点。
1)原材料有中心疏松、碳化物剥落、碳化物颗粒粗大。
2)镦拔过程中由于热效应引起锻件局部温度骤升,降低钢的强度。
3)锻件的某一端面接触下砧时间过长,造成表面温度过低,降低了材料的塑性。
7、圆截面锻件中心裂纹
这种裂纹裂口宽、深并平行纵轴分布。有的裂纹从端面可见,有的从外面上看不见。前者在滚圆过程中发现,后者可在机加工序车削内孔时发现。产生的主要原因有4点。
1)原材料有中心裂纹、疏松、碳化物颗粒粗大等缺陷。
2)滚圆过程中产生较大的横向拉力。
3)滚圆时扩大了方截面拔长或倒棱时形成的初生裂纹。
4)始锻温度过高或终锻温度过低。
8、圆截面锻件表面纵向裂纹
此裂纹的特征是在圆截面的侧表面上,裂纹走向略平行于纵轴,裂纹较宽,深浅不一,一般是在镦粗时发现,修磨后可继续锻造。产生的原因有3点。
1)原材料表面裂纹的扩大或发展。
2)加热温度低或保温时间不足。
3)锻造时侧表面胀鼓变形过大。
9、圆截面锻件表面横向裂纹
这种裂纹在锻件侧表面上呈横向分布,裂纹宽、深、长。往往是在锻件退火后发现。产生的原因主要有4点。
1)坯料表面有折叠、斑疤或较深窄的横向磨裂。
2)坯料在拔长时于侧表面形成明显的锤痕或折叠,镦粗时成为裂纹源。
3)铆锻过渡,镦粗时形成横向汇流折波。
4)锻件冷却过急或没能及时退火。
10、盘形刀片内孔碳化物剥落
这种缺陷多发现在车内孔或淬火后,碳化物剥落在内孔壁上发生,位置居中,方向与水平略呈倾斜(与原材料碳化物带的镦粗走向一致)。这种缺陷虽不能称之为裂纹,但也破坏了金属的连续性。与一般锻裂相比,缺口较宽、尾部变钝,多产生于外形尺寸较大的圆饼锻件,如剃齿刀、盘形插齿刀等锻件。
原材料心部有明显的碳化物带,在镦粗过程中被压缩、聚集、折叠,在车内孔或淬火时脱落。
11、冲孔周边裂纹
此裂纹的特征是:裂纹位于冲孔后的周边棱角上,呈放射状“径向”分布,有的冲孔时当即呈现,有的在冲孔后发现并扩展,产生的原因主要有3点。
1)冲孔时锻件表面温度过低,塑性下降。
2)冲头或锤砧没有预热。
3)扩孔冲子锥度过大。
12、萘断口
在热处理淬火时常发现车刀一头组织正常,而另一头有萘断口;大直径铣刀某一个边缘有萘断口,而不经锻造制作的刀具均无萘断口,说明萘断口是由于锻造不良所致。一般认为锻造产生的萘断口有两个原因:
1)锻造比太小,变形甚微(10%~15%),而且终锻温度很高(如在1100~1050℃)。
2)返修品不经中间退火或退火不良有可能产生萘断口。
13、表面严重脱碳
这是由于在加热时,在高温下停留时间过长,表面的碳量过分烧损所致。特别是W-Mo系钢脱碳的趋向越严重。因此,要严重控制在高温下的停留时间。在能够使钢均热的前提,其停留时间应尽量短时,如在保护气氛下加热更佳。